直線(xiàn)電機活塞式壓縮機的技術(shù)剖析

　　1概述

　　傳統的活塞式空氣壓縮機主要有旋轉電機驅動(dòng)和電磁振動(dòng)式兩種，目前國內外生產(chǎn)，使用的絕大部分活塞式壓縮機是旋轉電機驅動(dòng)的。這類(lèi)壓縮機主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，性能可靠，壽命長(cháng)。不好的地方是活塞行程較短，活塞往復頻率高，結構(復雜，能量傳遞環(huán)節多，機械效率低（整機效率一般為0.30～0.40），運行噪聲大。電磁振動(dòng)式壓縮機是利用電磁力及機械共振原理驅動(dòng)，直接推動(dòng)活塞往復振動(dòng)進(jìn)行工作的。優(yōu)點(diǎn)是：體積小，重量(weight)輕，機械效率高，具有超壓保護(bǎo hù )功能，易實(shí)現無(wú)油潤(Oily)滑。缺點(diǎn)是：整機效率低（主要是電磁系統效率低），行程短，頻率高，排氣(Exhaust)壓力低，難以實(shí)現較大功率（指物體在單位時(shí)間內所做的功的多少）(High-power)。
　　直線(xiàn)電機驅動(dòng)的活塞式壓縮機，電機次級直接帶動(dòng)壓縮機活塞作往復直線(xiàn)運動(dòng)，不需要曲柄連桿機構和機械傳動(dòng)系統(system)具有以下特點(diǎn)：（1）用直線(xiàn)感應電機代替電磁式壓縮機的電磁彈簧（huáng）共振動(dòng)力系統，使活塞壓縮機在性能和機構上產(chǎn)生了很大進(jìn)步。昆山空壓機保養冷卻水通過(guò)管道進(jìn)入空壓機中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫，再進(jìn)入后冷器對排氣進(jìn)行冷卻，另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過(guò)主電機上部的兩組換熱器冷卻電機繞組，還有一路對油冷卻器進(jìn)行冷卻。
　?。?）圓筒型復合次級直線(xiàn)電機效率(efficiency)略低于旋轉(Rotating)異步電動(dòng)(electric)機，但壓縮機整機效率比電磁振動(dòng)式壓縮機和旋轉電動(dòng)機驅動(dòng)的活塞壓縮機效率高
　?。?）活塞行程長(cháng)。昆山空壓機維修是更換全部磨損的零件，空壓機轉1000個(gè)小時(shí)或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區，則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機，檢查壓縮機所有部件，排除壓縮機所有故障。直線(xiàn)電機次級行程不受限制，所以壓縮機可選取較長(cháng)的活塞行程（為目前同缸徑壓縮機行程的2～3倍以上）。這也就降低了對活塞往復頻率的要求（活塞頻率可降低2～3倍），從而增加了機械壽命(lifetime)，且大大降低了運行噪聲。
　?。?）活塞速度可按要求設計
　　2基本結構
　　組合式直線(xiàn)電動(dòng)(electric)活塞式壓縮機結構中次級和活塞做成一個(gè)整體。這類(lèi)壓縮機的結構特點(diǎn)：兩個(gè)氣缸對稱(chēng)安裝在直線(xiàn)電機次級的兩端，活塞往復一次，兩個(gè)氣缸各完成一次壓縮循環(huán)（continue)。電機為長(cháng)次級結構，無(wú)傳動(dòng)系統，機械(machinery)損失僅為活塞與氣缸壁間的摩擦阻力損耗。具有結構簡(jiǎn)單，體積小，成本低，噪聲(noise)低，效率高等特點(diǎn)。
　　分體式直線(xiàn)電動(dòng)活塞式空氣壓縮機結構(原理圖。結構上與組合式基本相同。只是電機初級與氣缸(壓縮空氣)分離。這樣次級在氣缸外的部分直徑不受氣缸內徑的限制（limit），可優(yōu)化（optimalize）電機的結構，使電機的性能(property)更好。同時(shí)次級，活塞，氣缸的散熱效果也較好。缺點(diǎn)是直線(xiàn)電機與氣缸的安裝精度（精確度）要求高。
　　3供電及控制（control)系統
　　當雙向晶閘管TV4，TV5，TV6處于開(kāi)斷狀態(tài)，TV1，TV2，TV3被觸發(fā)導通時(shí)，活塞(piston)向左邊運行；TV1，TV2，TV3處于斷開(kāi)狀態(tài)，TV4，TV5，TV6被觸發(fā)導通時(shí)，活塞向右邊運行。晶閘管反復通斷，活塞作往復運動(dòng)。晶閘管的通斷由信號檢測(檢查并測試)電路，觸發(fā)電路控制完成。
　　為確保電機電源的安全換相，采用"延時(shí)通電"換相方式，即一組晶體閘流管斷電后延時(shí)一定時(shí)間，另一組晶閘管再觸發(fā)導通。昆山空壓機保養冷卻水通過(guò)管道進(jìn)入空壓機中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫，再進(jìn)入后冷器對排氣進(jìn)行冷卻，另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過(guò)主電機上部的兩組換熱器冷卻電機繞組，還有一路對油冷卻器進(jìn)行冷卻。這樣既可保證安全換相，同時(shí)合理的延時(shí)時(shí)間可以大大降低換相時(shí)電機產(chǎn)生的起動(dòng)電流沖擊。
　　當活塞(piston)向左運行至K1所在的位置時(shí)，K1發(fā)出斷電信號(signal)，TV1，TV2，TV3得不到觸發(fā)脈沖，由于馬達為電阻電感性負載，TV1，TV2，TV3經(jīng)過(guò)延時(shí)后斷開(kāi)。電機斷電后在經(jīng)過(guò)一段延時(shí)，確保TV1，TV2，TV3已完全斷開(kāi)，TV4，TV5，TV6再觸發(fā)導通，活塞受到向右方向的電磁力(magnetic force)作用?；钊蛴业竭_K2位置時(shí)，K2發(fā)出信號，TV4，TV5，TV6延時(shí)斷開(kāi)，在經(jīng)一延時(shí)TV1，TV2，TV3被觸發(fā)導通，活塞受到向左的電磁力作用。
　　位置傳感器K3，K4為安全保護(bǎo hù )開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，強行正向斷電，反向通電。
　　控制系統還具有缺相自動(dòng)保護，SSR保護，短路（電流不經(jīng)用電器，直接連電源兩極）和過(guò)載保護。當活塞運行頻率比較高時(shí)，采用單套繞組馬達易發(fā)生換相失敗故障，可采用雙繞組電機，即電機定子有兩套繞組，次級向一個(gè)方向(direction)運行時(shí)一套繞組通電，次級反向運行時(shí)，另一套定子繞組通電，這樣可較好地解決換相問(wèn)題，但電機的體積變大，成本增加。
　　兩套繞組的布置有兩種形式一種結構的電機定子（組成：定子鐵芯、定子繞組和機座）直徑較大，需用較多的電磁線(xiàn)。兩套繞組之間互感太大，影響換相。槽較深，影響電機的效率。電機定子鐵心較長(cháng)，且利用率(availability)不高。
　　4試驗樣機與測試結果(result)
　　試驗(test)樣機：排氣壓力：樣機1為0.4MPa，樣機2為0.1MPa；活塞頻率：5Hz左右；電源：三相交流電，額定電壓220/380V，頻率50Hz；電機同步速度：3.0m/s；排氣量：0.1-0.3m 3 /min；控制（control)方式：手動(dòng)調節(adjust)換相延時(shí)時(shí)間(time)；兩臺樣機中直線(xiàn)電機次級均為鋁鐵復合結構。昆山空壓機是回轉容積式壓縮機，在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合，使兩個(gè)轉子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養好的可以延后，保養差的則需要提前。 
　　5結論
　　直線(xiàn)電機活塞式壓縮機的研制在國內(guó nèi)外尚屬首次。和傳統的活塞式壓縮機相比，具有突出的優(yōu)點(diǎn)。在一些合適的情況(Condition)下，將顯示(display)出獨具的優(yōu)勢（解釋:能壓倒對方的有利形勢)。如：結構簡(jiǎn)單，成本低，噪聲(noise)低，整機效率(efficiency)高，活塞行程長(cháng)等。